Memodelkan desorpsi gas dari larutan diam (mis. Bir)

Cara umum untuk memodelkan atau memperkirakan laju desorpsi gas (mis. CO2) dari larutan cair adalah dengan menggunakan persamaan yang serupa

$ J_ {CO_2} = -k_L a (H · C ^ G_ {CO_2} - C ^ L_ {CO_2}) $

di mana $ J_ {CO_2} $ adalah aliran molar (atau massa), $ k_L $ adalah koefisien perpindahan massa, $ a $ adalah permukaan kontak spesifik, $ H $ adalah salah satu dari banyak ekspresi yang digunakan untuk konstanta Henry, dan Script G dan L masing-masing mewakili fase gas dan cair.

Masalah dengan pendekatan ini adalah bahwa semua korelasi yang saya tahu digunakan untuk memperkirakan $ k_L $, $ a $, atau paling umum $ k_La $ menyiratkan bahwa ada aliran gas dengan kecepatan gas yang diberikan (mis. Aerasi atau sparging). Bagaimana saya bisa memperkirakan $ k_La $ untuk solusi diam, misalnya segelas bir yang mengandung gelembung gas dilucuti perlahan? Lebih jauh, jika saya ingin menilai efek mengaduk bir dengan sendok, bagaimana saya bisa memperkirakan efeknya?

chemical-engineering modeling process-engineering multiphase-flow mass-transfer Toulousain
sumber

Mengapa segelas tidak diisi dengan bir, dan mengukur desorpsi gas dari waktu ke waktu diaduk dan tidak diaduk, lalu hitung korelasi dari hasil Anda?

Solar Mike

Percobaan ini benar-benar tidak sesederhana untuk dipertimbangkan. Switch stirring / stagnate mengubah arti $ C ^ L $ dan juga dapat mengubah $ H $. Dalam dunia yang sempurna, gas di atas cairan akan tetap stagnan (artinya pengadukan harus dilakukan secara internal dengan cairan bukan dengan sendok). Setiap perubahan apakah gas stagnan atau tidak juga memengaruhi makna $ k_L $. Paling-paling, eksperimen yang diusulkan dapat memberikan korelasi $ J $ (fluks) dengan kondisi eksperimen yang berbeda. Bagaimana semua itu memetakan kembali ke keinginan untuk memperkirakan $ k_L a $ dalam kasus yang berbeda tidak jelas.

Jeffrey J Weimer

@ JeffreyJWeimer jika orang tidak melakukan upaya untuk melakukan percobaan, teori apa yang tidak kita miliki ....

Solar Mike

@SolarMike Tentu saja percobaan ini bisa dilakukan, tapi saya tidak hanya peduli dengan gelas bir; sebenarnya saya telah mengalami masalah ini lebih dari sekali ketika memodelkan tangki fermentasi etanol, pelepasan metana dari pencernaan anaerob, dll. Gelas bir adalah contoh termudah dan, seperti yang Anda lihat dari jawaban Jeffrey J Weimer, jauh dari sederhana

Toulousain

Seperti yang Anda perhatikan, fondasi untuk posting Anda rumit dan memiliki aplikasi untuk berbagai proses pemisahan. Sementara itu, apakah Anda akan merekomendasikan bahwa pertanyaan Anda telah diatasi? Atau apakah klarifikasi lebih lanjut diperlukan?

Jeffrey J Weimer

Jawaban:

Dalam sistem gas stagnan sempurna, pengangkutan komponen melalui gas runtuh ke difusi komponen melalui gas. Dalam kasus ini, $ k_L a \ propto (D / \ delta) ^ n $ di mana $ D $ adalah koefisien difusi, $ \ delta $ adalah ketebalan film, dan $ n $ dapat dikorelasikan atau diturunkan dari prinsip pertama (biasanya $ n \ rightarrow $ 1 dalam teori film). Referensi dapat diambil dari korelasi nomor Sherwood ke angka Grashof dan Schmidt.

Cairan yang diaduk sempurna mengatakan $ C ^ L $ seragam di seluruh. Cairan yang mengalami stagnasi sempurna mengharuskan transpor melalui cairan juga dimodelkan dengan difusi. Pendekatan untuk difusi dalam gas dan difusi dalam cairan serupa dalam konsep.

Model transportasi untuk ditinjau adalah teori film, teori penetrasi, dan teori dua film.

Ketika Anda benar-benar mempertimbangkan aliran gas yang terlarut dalam cairan, kelarutan dapat menjadi masalah tambahan. Proses pembentukan gelembung gas dari gas terlarut adalah nukleasi + pertumbuhan. Gelembung menjadi apung. Gerakan ini tidak dimodelkan oleh difusi, bukan oleh proses yang mungkin setara dengan konveksi bebas. Transportasi gabungan gelembung gas dari gas terlarut dalam cairan stagnat harus dimodelkan untuk memasukkan nukleasi + pertumbuhan gelembung + konveksi bebas dari gelembung. Saya harus bertanya-tanya apakah hasil bersih (nukleat + tumbuh + keluar dari cairan) cenderung konsentrasi gelembung homogen dalam wadah di beberapa titik. Pertimbangan yang dibuat dengan tidak adanya gravitasi akan, seperti yang akan diaduk.

Referensi

Berikut adalah beberapa tautan yang saya temukan dalam pencarian "udara stagnan, kecepatan transfer massa" dengan atau tanpa "cairan yang diaduk".

Transfer metana melintasi antarmuka air-udara di rawa-rawa berhutan yang stagnan ...

Tingkat penguapan kontaminan rendah kelarutan dari badan air ...

Variasi musiman dalam pertukaran udara-air PCB di Lake Superior

Karakteristik transfer massa ekstraksi pelarut ...

Signifikansi koefisien film cair dalam adsorpsi gas

Koefisien perpindahan massa gas-cair dalam tangki berpengaduk ...

Koefisien perpindahan massa gas-cair dalam tangki berpengaduk ... struktur eddy ..

Jeffrey J Weimer
sumber